随着油藏钻采难度加大,深井超深井事故频繁、钻井周期长和钻井成本高等问题日趋严峻,对近钻头钻柱参数的随钻监测提出了更高要求。现有随钻测量工具主要针对定向数据及地层特性参数进行测量,缺乏对钻柱参数的全面监测。首先,本文研究了近钻头钻柱参数的随钻测量方法。基于对钻柱的受力状态分析,采用电阻应变电测法测量钻柱的钻压、扭矩和弯矩,并针对该贴片方案进行输出电压理论推导与误差分析;选型传感器并针对井下安装环境设计传感器布局方案,实现钻柱振动和转速的随钻测量;利用适应井下环境的传感器并设计井下安装结构,对钻柱内外压力和井底温度进行监测。其次,本文研究和设计了监测短接的机械结构。针对工具内安装空间狭小和井下应力状况复杂的问题,在不破坏工具整体结构的基础上,将传感器和电路板设计成居中安装结构;对工具的关键部件进行结构强度理论分析,考虑钻井液循环压降对工具造成的附加轴向力,校核其在极限载荷下的等效应力,借助有限元仿真软件对工具走线孔的形状和尺寸进行改进;针对井下高压环境,设计O形圈密封方案并进行有限元仿真分析。最后,本文研发了一套井下随钻测量系统。完成井下随钻测量系统的电路设计,针对电桥、转速、压力和温度输出信号设计了相应的井下调理电路,并以STM32F103单片机为控制核心实现信号的精确采集,同时设计井下稳压供电电路解决了井下电子系统供电问题;基于电路结构的功能需求和所选单片机的特点,针对不同的信号开发出相应的采集程序和数字滤波算法,利用单总线完成各模块间的通讯,实现井下信号的采集、处理、存储和通讯。系统分辨率达到0.40m V,采样频率5k Hz,具备井下信号的调理、采集、处理、存储和传输功能。